Текст книги "Избранные научные труды"

Автор книги: Нильс Бор

сообщить о нарушении

Текущая страница: 53 (всего у книги 58 страниц)

В проблеме строения атома мы встречаемся с впечатляющим примером указанного дуализма. Несмотря на замечательную силу шредингеровской волновой функции при описании свойств стационарных состояний, она всё же не смогла объяснить необычную стабильность этих состояний, что весьма существенно при интерпретации атомных явлений. Действительно, мы здесь имеем дело с весьма характерной чертой – дискретностью, или вернее «индивидуальностью», – которая как раз и отдаляет квантовую механику от идей классической физики, и в которой мы имеем, возможно, наиболее убедительный пример существования самих индивидуальных частиц. Кроме того, дуализм квантовой теории приводит к выводу, что использование идеи стационарных состояний исключает возможность одновременного прослеживания поведения отдельной частицы в атоме. Эта ситуация находит адекватное отражение в характеристических колебаниях, получаемых при решении задачи Шредингера. В этой задаче мы фактически имеем дело не с тремя измерениями, как при обычном пространственном описании, а с числом измерений, равным числу всех степеней свободы атома. Этот факт нашёл важное применение при интерпретации некоторой необычной дублетности в структуре спектра, особенно заметной для гелия. Эта дублетность, остававшаяся долгое время непонятной, была объяснена Гейзенбергом, который показал, что здесь мы имеем дело с эффектом взаимодействия между электронами в атоме. Это взаимодействие полностью соответствует классической резонансной задаче, но оно не может быть учтено простым приемом, при котором поведение отдельных электронов характеризуется квантовыми числами. То, что этот прием нашёл свое оправдание в многочисленных применениях, связано с малостью, в общем, резонансного эффекта, поскольку влияние различных электронов друг на друга с хорошим приближением может аппроксимироваться полем консервативных центральных сил.

Здесь трудно дать нечто большее, чем беглое описание того богатства деталей, касающихся физических и химических свойств элементов, которое было выяснено с помощью новых методов квантовой теории. Нужно отметить, что важный вклад, внесённый Смитом и Стонером в интерпретацию периодической таблицы элементов, может быть связан с так называемым принципом исключения Паули и идеей магнитного электрона. Кроме того, изучение тонкой структуры полосатых спектров привело к выводу, что протон, т. е. ядро атома водорода, также обладает механическим и магнитным моментами. Дираком даже был предпринят успешный анализ фундаментальной проблемы о происхождении так называемого спина электрона. Эта работа открывает совершенно новые перспективы.»

33 Зоммерфельд и теория атома [47]

Арнольд Иоганн Вильгельм Зоммерфельд (1868—1951) был одним из наиболее выдающихся физиков периода перехода от классической к современной физике. Родился в Кенигсберге, образование получил там же. Его первые работы полностью основаны на концепциях науки XIX века, но он был одним из первых физиков старшего поколения, полностью признавших правильность и плодотворность идей теории относительности и квантовой механики, и внёс существенный вклад в их развитие. Под влиянием знаменитой работы Бора [5] Зоммерфельд заинтересовался проблемами квантовой теории строения атома и спектров; этими проблемами он успешно занимался многие годы. Он ввёл в рассмотрение эллиптические орбиты, характеризуемые двумя квантовыми числами, дал теорию тонкой структуры спектров, развил методы для построения теории многократно периодических систем, ввёл понятие пространственного квантования, подтвердившееся в опытах Штерна и Герлаха. Квантовые условия Зоммерфельда, применённые им отдельно к различным степеням свободы системы, позволили применить квантовую теорию даже в её старой формулировке к исследованию тончайших деталей движения электронов. Его книга «Строение атома и спектры», написанная в 1919 г. и многократно переиздававшаяся с учётом новых достижений науки, на протяжении полувека служила и продолжает служить своеобразной энциклопедией для всех работающих в этой области. Зоммерфельд создал блестящую школу физиков-теоретиков, из которой вышли многие видные учёные (Гейзенберг, Паули, Полинг, Дебай, Бете, Гайтлер, Кондон, Раби, Эпштейн, Хёнль, Бриллюэн и др.).

34 Квант действия и описание природы [49]

35 Теория атома и принципы описания природы [51]

В этих ранних работах Бора, вышедших в свет в то время (1929—1930), когда уже были сформулированы основные принципы интерпретации квантовой механики, кратко рассматриваются по существу все важнейшие философские проблемы этой теории в духе концепции дополнительности, выдвинутой Бором. Квантовая механика как логически завершённая теория сформировалась в страстных философских дискуссиях (1925—1928 гг.) и это обстоятельство позволяет уяснить, почему Бору философские основания квантовой механики представляются определившимися со времени её построения. Однако и в дальнейшем, вплоть до конца своей жизни, Бор возвращался к философским вопросам квантовой механики, уточняя применяемую им терминологию и совершенствуя свою аргументацию в общении с другими физиками, принимавшими существенное участие в создании и развитии квантовой теории (Гейзенберг, Шредингер, Эйнштейн, Борн, Паули).

Бор в «Предисловии» и «Введении» к сборнику его статей за 25 лет под названием «Атомная физика и человеческое познание» ¹ делит эти статьи на ряд групп и говорит об уточнённой терминологии в последней группе статей (написанных после 1955 г.). Он указывает также, что в статьях сборника логическая формулировка подхода к философским проблемам атомной физики, охарактеризованного понятием дополнительности, развита дальше и ему даётся более широкое применение, чем в предшествующих работах.

¹ Русский перевод этого сборника вышел в 1961 г. (Москва, ИЛ). Предисловие к английскому оригиналу датировано августом 1957 г.

Эти указания Бора существенны с точки зрения эволюции его философских воззрений, которая явственно выступает при исследовании его работ. При одинаковости позиции Бора в понимании квантовой механики – позиция эта неизменно связана с идеей дополнительности, – сравнивая его более ранние работы с более поздними, можно увидеть постепенное уточнение фигурирующих в них формулировок с устранением из них всего того, что могло бы быть истолковано в духе идеализма и позитивизма. Статья «Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике» (1949) является в этом отношении своего рода водоразделом.

Круг философских вопросов, постоянно привлекавших внимание Бора, обширен. К ним, кроме концепции дополнительности, относятся: проблема причинности, вопросы о наблюдении и измерении, о субъекте и объекте (измерительном приборе и объекте), физической реальности, о так называемом «неконтролируемом взаимодействии», о связи физики и биологии в плане идеи дополнительности и некоторые другие (не считая больших социальных проблем современности).

Н. Бор принадлежал к тем естествоиспытателям несоциалистического мира, по мнению которых общие концепции неклассической физики определяют существо философии современного естествознания. Эта философия, как они полагают, не является ни материализмом, ни идеализмом, ни позитивизмом, хотя включает в себя элементы всех указанных систем ².

² См. об этом: В. Гейзенберг. Развитие интерпретации квантовой теории, в сб. «Нильс Бор и развитие физики», М., 1958, стр. 28; М. Born. Symbol und Wirklichkeit, «Phys. Вl.» 1964, H. 12, 1965, H. 2, H. 3.

В такого рода взглядах явственно ощущается неудовлетворённость этих естествоиспытателей идеалистической и метафизической философией в её применении к проблемам науки и вместе с тем даёт о себе знать их недостаточное знакомство с диалектическим материализмом, который многие из них фактически не отличают от материализма механического.

Здесь нет необходимости углубляться в обоснование того, что единственно верной философией современного естествознания является диалектический материализм ¹. Это определяется самой логикой науки, всё более укрепляющейся связью современного естествознания и диалектического материализма, развитием диалектического материализма.

¹ См. кн.: «Ленин и современное естествознание». М., «Мысль», 1969.

Анализ работ Бора, которые помещены в настоящем издании, показывает, что эволюция его философских воззрений неуклонно шла в направлении материализма и диалектики.

36 Максвелл и современная теоретическая физика [53]

Доклад прочитанный в Кембридже 1 октября 1931 г. по случаю празднования столетия со дня рождения Максвелла.

Джемс Клерк Максвелл (1831—1879) – выдающийся английский физик. Родился в Эдинбурге, образование получил в Эдинбурге и Кебридже. Был профессором колледжа в Абердине, затем в лондонском Королевском институте, с 1871 г.– профессор экспериментальной физики в Кембридже и директор Кавендишской лаборатории. Создатель теории электромагнитного поля и электромагнитной теории света, один из основоположников кинетической теории газов. Ему принадлежат работы по теории цветного зрения, исследованию устойчивости кольца Сатурна.

В статьях, написанных по случаю столетия со дня рождения Максвелла, Планк ², Эйнштейн ³ и Бор выделяют разные стороны влияния творчества Максвелла на современную физику. Планк, подробно проанализировав работы по теории поля и кинетической теории, отмечает то обстоятельство, что именно после этих работ всё яснее стали обособляться два противоположных подхода: физика дискретных частиц и физика континуума. Эйнштейн пишет, что программа Максвелла – описание реальности полями, удовлетворяющими дифференциальным уравнениям, не содержащим сингулярностей, – ещё не выполнена, но развитие современной физики не лишает нас надежды на возможность её выполнения. Бор же, анализируя влияние максвелловской электродинамики на эволюцию атомной физики, подчёркивает, что хотя по мере развития наших знаний о микромире выявлялась ограниченность классической механики и классической электродинамики, единственным путём дальнейшего продвижения в этой области является сохранение возможно более близкого контакта с классическими идеями Ньютона и Максвелла.

² М. Планк. Джемс Клерк Максвелл и его значение для теоретической физики в Германии. В кн.: Дж. К. Максвелл. Статьи и речи. М., «Наука», 1968, стр. 231—242.

³ А. Эйнштейн. Влияние Максвелла на развитие представлений о физической реальности. Там же, стр. 243—247. См. также: А. Эйнштейн. Собр. научн. трудов, т. 4, М., 1967, стр. 136.

37 Химия и квантовая теория атома [54]

Статья представляет собой переработанное и несколько дополненное изложение Фарадеевской лекции, прочитанной 8 мая 1930 г. в лондонском Химическом обществе.

В статье даётся исторический обзор развития атомной физики, включая развитие представлений о строении атома, квантовой теории атома и периодической системы элементов, квантовой механики. Особое внимание уделяется состоянию квантовомеханической теории атома к 1931 г.

В лекции и статье Бор впервые обращается к проблеме структуры атомного ядра. Состояние этой новой для того времени проблемы излагается в рамках представлений о ядре, как системе протонов и электронов (статья была напечатана на несколько месяцев до открытия нейтрона). Отмечая трудности такой концепции, в частности в отношении статистики, спина и размеров ядер, а также трудности в интерпретации β-спектров, существовавшие до гипотезы Паули об испускании нейтрино при β-распаде и создания Ферми теории β-распада, Бор высказывает мнение о недостаточности квантовой механики, по крайней мере, в применении к внутриядерным электронам.

38 Свет и жизнь [56]

Доклад, прочитанный Бором в 1932 г., представляет собой одно из первых выступлений ученого, посвящённых обсуждению проблем биологии в свете достижений атомной физики. Признавая методологический принцип, согласно которому «самое существо научного объяснения состоит в разложении более сложных явлений на более простые», Бор подчёркивает, что «само существование жизни должно в биологии рассматриваться как элементарный факт», подобно кванту действия в атомной физике.

Значение развития атомной физики для биологии заключается в выявлении «существенной ограниченности механистического описания явлений природы». Бор полагает, что фундаментальные особенности живых организмов надо искать в их своеобразной организации, в которой свойства, поддающиеся анализу на основе обычной механики, переплетаются с типично атомными чертами.

Такая характеристика биологической организации не выявляет ещё её специфики; однако примечательно то обстоятельство, что мысль Бора направлена на поиски естественных факторов, определяющих своеобразие организации живых организмов.

Бор приближается здесь к пониманию принципиальной недостаточности дилеммы «механицизм или витализм». Особенность биологического исследования, в отличие от физического, состоит в необходимости сочетать «применимость чисто физических идей к живым организмам» с таким биологическим понятием, как понятие цели. Говоря о «телеологической аргументации», Бор имеет в виду признание объективного характера целесообразности в жизненных процессах.

39 К вопросу об измеримости электромагнитного поля [57]

Вопросу измеримости поля и заряда посвящена также статья 73. Эти работы Бора и Розенфельда сыграли важную роль в развитии квантовой электродинамики, способствовали разрешению кажущихся парадоксов в вопросах измеримости компонент поля и заряда-тока.

40 О методе соответствия в теории электрона [58]

Статья составлена на основании общих замечаний во время дискуссии по докладу П. А. М. Дирака «Теория позитрона» на VII Сольвеевском конгрессе, состоявшемся 24—29 октября 1933 г. в Брюсселе. Тема конгресса была «Строение и свойства атомных ядер». На конгрессе, прошедшем под председательством П. Ланжевена, присутствовали Бете, Блеккет, Бор, Л. де Бройль, М. де Бройль, Гамов, Гейзенберг, Дебай, Дирак, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, Кокрофт, Крамерс, М. Кюри, Лоуренс, Л. Мейтнер, Мотт, Пайерлс, Паули, Ф. Перрен, Резерфорд, Ричардсон, Л. Розенфельд, Ферми, Чэдвик, Шредингер и др. Конгресс собрался вскоре после открытия позитрона и нейтрона, в период быстрого развития ядерной физики; поэтому дискуссии были очень острыми. Бор выступал почти по всем докладам, хотя активные исследования в этой области он начал лишь после конгресса. Были заслушаны следующие доклады: Кокрофт. Расщепление элементов ускоренными протонами; Чэдвик. Аномальное рассеяние α-частиц. Нейтрон; И. и Ф. Жолио-Кюри. Проникающее излучение атомов под действием α-лучей; Дирак. Теория позитрона; Гамов. Природа γ-лучей и энергетические уровни ядер; Гейзенберг. Общетеоретические соображения о строении ядра.

Одним из обсуждавшихся вопросов была теория β-распада. Трудности интерпретации непрерывного спектра энергии вылетающих при β-распаде электронов, вызвали острую дискуссию ещё на конгрессе по ядерной физике, организованном обществом Алессандро Вольты в Риме в 1931 г. Тогда Бор [55] в качестве возможной альтернативы высказал идею о несохранении энергии; Паули возражал и настаивал на гипотезе о существовании лёгкой нейтральной частицы, ускользающей от наблюдения. Идея Паули была им впервые обнародована в письме от 4 декабря 1930 г. к тюбингенским физикам Гейгеру и Мейтнер ¹; затем она обсуждалась на собраниях физиков в Пасадене весной 1931 г. и в Эн Арборе летом того же года. Поэтому, хотя Паули не спешил её публиковать, новая идея стала достоянием физиков. После римского конгресса по предложению Ферми, разделявшего взгляды Паули, гипотетическую частицу стали называть «нейтрино». Выступая по докладу Гейзенберга на Сольвеевском конгрессе, Паули ² обосновал свою гипотезу. Через два месяца, в декабре 1933 появилась статья Ферми ³, построившего на основе этой гипотезы теорию β-распада.

¹ См. В. Паули. К старой и новой истории нейтрино. В кн.: «Теоретическая физика XX века», М., 1962, стр. 390.

² Structure et propietes des noyaux atomiques. Rapports et discussions du VIIconseil Solvay. Paris, 1934, p. 324.

³ E. Fermi. Ricerca Scientifica, 1933, 4, 491.

41 К семидесятилетию Фридриха Пашена [59]

Фридрих Пашен (1865—1947) – немецкий физик-экспериментатор. Родился в Шверине, в 1888 г. окончил Страсбургский университет, где был учеником Кундта. Затем был ассистентом Гитторфа в Мюнстере и сотрудником Рунге в Ганновере; в 1901 г. стал профессором в Тюбингене, где создал школу экспериментаторов-спектроскопистов. В 1924 г. избирается в Прусскую академию наук и становится руководителем Имперского физико-технического института. В 1889 г. установил носящий его имя закон, согласно которому потенциалы зажигания газового разряда между двумя плоскими электродами одинаковы, если одинаковы произведения давления газа на расстояние между электродами. Но наибольшее значение для развития квантовой физики имели его исследования по спектрам. В 1897 г. он подтвердил экспериментально закон Стефана—Больцмана, в 1899 г. – закон смещения Вина. В 1908 г. открыл первые линии новой спектральной серии в инфракрасной области (серия Пашена); в 1912 г. обнаружил совместно с Э. Баком явление Пашена—Бака, состоявшее в том, что в сильных магнитных полях картина расщепления спектральных линий в аномальном эффекте Зеемана становится аналогичной картине при простом эффекте. Это явление сыграло существенную роль при создании квантовой механики. В 1916 г. подтвердил правоту Бора в споре с Фаулером о природе линий в серии Пикеринга (7). В последующие годы обнаружил экспериментально многие тонкие детали строения спектров, предсказанные Зоммерфельдом на основе теории Бора.

42 Эффект Зеемана и строение атома [60]

Статья в сборнике, представленном П. Зееману в связи с его семидесятилетием.

Питер Зееман (1865—1943) – голландский физик. Родился в Зоннемайре (Голландия) , окончил Лейденский университет в 1890 г. С 1897 г. – преподаватель, затем профессор в Амстердаме. В 1896 г. открыл явление расщепления спектральных линий в магнитном поле. Объяснение всех деталей эффекта Зеемана было важным стимулом развития как классической электронной и первоначальной квантовой теорий, так и квантовой механики.

43 Квантовая механика и физическая реальность [61]

Коротко излагается основное содержание статьи «Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?», опубликованной несколько позже.

44 Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным? [62]

Ответная статья на работу Эйнштейна, Подольского и Розена под тем же названием (1935) ¹, в которой авторы возражали против концепции квантовой механики Бора. На основании выдвинутого ими критерия физической реальности они пришли к заключению, что «квантовая механика не даёт полного описания физической реальности» и высказали суждение, что возможно более соответствующее действительности описание явлений. Эта работа сыграла в свое время большую роль в дискуссии по философским вопросам физики.

¹ A. Einstein, В. Podolsky, N. Rosen. Phys. Rev. 1935, 47, 77. См. перевод: А. Эйнштейн. Собр. научн. трудов, т. III. М., 1966, стр. 604.

Бор показал в своей статье, что с точки зрения дополнительности те противоречия, о которых говорил Эйнштейн с соавторами, являются кажущимися и устраняются, а их критерий физической реальности оказывается неоднозначным в применении к проблемам квантовой механики.

В этой статье, как и в предшествующих (34), (35), концепция дополнительности излагается в таком понимании, когда на первое место выступает идея «неконтролируемого взаимодействия», проходит мысль о том, что «наблюдение возмущает явление», или что «измерение – вмешательство в явление», отрицается принцип причинности для атомных процессов и т. д. В более поздних работах Бор от такого рода понимания дополнительности постепенно освобождается.

В тот период взаимодействие между объектом и прибором, составляющее предпосылки измерения, трактовалось и Эйнштейном, и Бором как силовое взаимодействие ¹, но у Бора оно являлось неконтролируемым. По его мнению, «... конечность взаимодействия между объектом и измерительным прибором, обусловленная самим существованием кванта действия, влечёт за собой – вследствие невозможности контролировать обратное действие объекта на измерительный прибор (а эта невозможность будет непременно иметь место, если только прибор удовлетворяет своему назначению) ² – необходимость отказа от классического идеала причинности и радикальный пересмотр наших взглядов на проблему физической реальности» (стр. 182).

¹ Силовое взаимодействие физических объектов необходимо связано с передачей от одного физического объекта к другому импульса или энергии или обоих вместе. Действие регистрационной части измерительного прибора (экспериментальной установки) предполагает наличие силового взаимодействия, но измерительный прибор не сводится к его регистрационной части.

² По Бору, в области разбираемого вопроса учёт обратного влияния объекта на измерительные приборы, это —учёт передачи количества движения в случае измерения положения и учёт смещения в случае измерения количества движений (стр. 186).

Если классическая физика обходится без неконтролируемого взаимодействия, то это может быть объяснено тем, что квант действия весьма мал и потому при рассмотрении взаимодействия макроскопических объектов мы вправе отвлекаться от его существования. При рассмотрении же атомных явлений (из-за их малости) игнорировать квант действия нельзя принципиально, и поэтому необходимо принять, что действие при передаче импульса или энергии не может быть меньше величины кванта действия и следовательно, при измерении нельзя свести на нет воздействие прибора на объект – таковы соображения, которые не могут быть обойдены, согласно идее принципиальной неконтролируемости.

Итак, открытие кванта действия будто бы неизбежно влечёт за собой признание идеи неконтролируемого возмущения, а вероятности в квантовой механике и невозможность отделить поведение атомного объекта от его связей с прибором (при изучении явлений) будто бы внутренне необходимо связаны с принципом неконтролируемости.

Позже Бор в результате дискуссии с другими физиками, особенно с В. А. Фоком, с которым он обсуждал эти вопросы в 1957 г. ³, отказался от понятия «принципиально неконтролируемого взаимодействия» (термин этот перестал им употребляться) и соответственно изменил ряд формулировок и терминов, которые фигурировали в его более ранних работах.

³ В. А. Фок. Дискуссии с Нильсом Бором. «Вопросы философии», 1964, № 8, стр. 50.

Понятие «принципиальной неконтролируемости» в собственном смысле слова не выражает никакой истины, ибо процессы и явления в природе в принципе познаваемы и, следовательно, в принципе контролируемы.

Во-первых, с идеей принципиальной неконтролируемости связывалась философски ошибочная мысль, будто только в классической физике применимо понятие объективной реальности. В квантовой же теории дело обстоит якобы так, что атомный объект имеет другую «степень реальности», нежели макроскопический прибор.

Во-вторых, идея принципиальной неконтролируемости соединялась с точкой зрения, что наблюдение играет решающую роль в атомном событии. Эта точка зрения вела к взглядам о своего рода дематериализации атомных объектов, изучаемых квантовой механикой ¹.

¹ «Электрон – это совокупность физических величин, которую мы вводим с целью установления системы принципов, исходя из которых мы сможем логически вывести то, что показывает стрелка измеряющего аппарата», – пишет Ф. Франк (Ph. Frank. Foundation of Physics, «International Encyclopedia of Unified Sceince», I, № 7).

В-третьих, утверждалось, что математический аппарат квантовой механики имеет не объективное, а скорее символическое значение и нужен лишь для согласования показаний приборов дополнительных классов.

В-четвёртых, фактически сохранялось представление об атомном объекте как о частице в смысле классической механики. Атомный объект представлялся обладающим и классической координатой, и классическим импульсом, познать которые одновременно невозможно в силу соотношения неопределённостей. Это соотношение по сути дела превращалось в некую агностическую загадку, а проблема качественно новых (в сравнении с классическими) квантовых понятий исключалась из атомной физики.

Таким образом, проблема реальности получала в плане идеи принципиальной неконтролируемости субъективистское толкование.

Необходимо отметить, что у многих физиков, применявших термин «принципиальная неконтролируемости», особенно у Бора, который им пользовался в более ранних своих работах, этот термин зачастую не имел однозначного смысла. Он являлся своеобразным обозначением того обстоятельства, что квантовые законы качественно отличаются от законов классических теорий и принципы описания атомного мира не могут не отклоняться от привычных принципов описания природы, свойственных физике классической. Однако философская ошибочность термина «принципиальная неконтролируемость» давала о себе знать в ходе рассуждений физиков, а противники материалистической философии использовали этот термин в целях, не имеющих ничего общего с наукой ².

² См. в этой связи H. Reichenbach. Philosophic foundations of quantum mechanics, Berkeley – Los Angeles, 1946.

45 Захват нейтрона и строение ядра [63]

Доклад, прочитанный 27 января 1936 года в Копенгагенской академии и 11 февраля 1936 г. – в Химическом и Физическом обществе лондонского Королевского института. Те же вопросы (строение ядра, ядерные силы, ядерные реакции) рассматривались в докладе Бора «Свойства атомных ядер» на XIX конгрессе скандинавских естествоиспытателей в Хельсинки в августе 1936 г. [65]. Опубликован в «Nature» 29 февраля 1936 г. В том же номере журнала (стр. 351) помещены иллюстрации к докладу с краткими пояснениями, включённые затем в статью 49 (рис. 1 и 2).

После открытия нейтрона и установления нейтронно-протонной модели ядра (Д. Иваненко и В. Гейзенберг) началось интенсивное развитие исследований по физике атомного ядра. Стали быстро накапливаться экспериментальные данные о ядерных реакциях. Из первых экспериментов следовало, что сечение реакций по порядку величины соответствует размерам ядра. Однако в 1934 г. Э. Ферми и Э. Амальди с сотрудниками ³ обнаружили, что сечения взаимодействия медленных нейтронов с ядрами некоторых элементов во много раз больше. Почти одновременно было открыто селективное поглощение медленных нейтронов: ядра имеют большие сечения поглощения нейтронов только определённой энергетической группы. Объяснение селективного поглощения как резонансного захвата нейтронов с энергией в определённом узком интервале впервые предложили Л. А. Арцимович, И. В. Курчатов и другие ¹. Резонансный характер захвата вскоре был подтверждён многочисленными экспериментами ². При этом сечение захвата медленных нейтронов оказалось гораздо большим, чем сечение рассеяния, особенно в резонансе.

³ E. Fermi, E. Amaldi, O. d’Agоstino, F. Reselli, E. Segre. Proc. Roy. Soc., 1934, A146, 483.

¹ Л. Арцимович, И. Курчатов, Л. Мысовский, П. Палибии ЖЭТФ, 1935, 5, 659.

² Резонансные явления в ядерных реакциях впервые наблюдал Позе (Н. Роsе. Phys. Zs., 1929, 30, 780), облучая тонкие алюминиевые мишени моноэнергетическими α-частицами от радиоактивного источника.

Интенсивное изучение ядерных реакций поставило вопрос о взаимодействии нуклонов с ядрами. Для теоретического объяснения экспериментальных фактов было использовано представление о ядре как потенциальной яме ³, в которой движется падающая частица. Первые попытки объяснения большого сечения захвата на основе одночастичной модели Харкинса и Ганса ⁴ были предприняты Бете, Перреном и Эльзассером ⁵. Однако подобная одночастичная модель не могла даже качественно объяснить правильное соотношение между сечениями захвата и рассеяния нейтронов (преобладание захвата), а также наблюдавшуюся на опыте ⁶ сильную зависимость нейтронных сечений от энергии (очень узкие и близко расположенные резонансы).

³ Е. Amаldi, О. d’Agostino, Е. Fermi, В. Pontecorvo, F. Rasetti. E. Segré. Proc. Roy. Soc., 1935, A149, 522 (Русск. перевод: УФН, 1935, 15,стр.238); Н. Веthе. Phys. Rev., 1935, 47, 747; F. Perrin, W. M. Elsasser. J. phys. et rad., 1935, 6, 194; G. Вeck, L. H. Hоrsley. Phys. Rev., 1935, 47, 510.

⁴ W. D. Harkins, D. M. Gans. Phys. Rev., 1934, 46, 397.

⁵ См. примечание 3.

⁶ T. Bierge, С. H. Westcott. Proc. Roy. Soc., 1935, A150, 709; P. B. Moon, J. R. Tilman. Nature, 1935, 135, 904; L. Szilard. Nature, 1935, 136, 849, 950; E. Fermi, E. Amaldi. Ricerca Scietifica, 1935, 6A, 544; O. Frisch, G. Placzek. Nature, 1936, 137, 357.

Эти затруднения одночастичной модели и продолжавшееся накопление экспериментальных данных о ядерных реакциях привели к коренному пересмотру представлений о взаимодействии ядерных частиц с ядрами: в 1936 г. в указанном докладе Копенгагенской академии Н. Бор выдвинул концепцию составного ядра – сравнительно долгоживущего многочастичного состояния, образующегося при попадании налетающей частицы в ядро-мишень. В основе этой концепции лежало представление о ядре как системе многих частиц, сильно взаимодействующих друг с другом. Время жизни составного ядра весьма велико по сравнению со временем пролета частицы через ядро. На основе этой концепции Бор формулирует общую теорию ядерных реакций. Он вводит предположение о том, что ядерная реакция протекает в две стадии: 1) образование составного ядра в результате захвата падающей частицы ядром и 2) распад составного ядра. При этом делается предположение о независимости распада составного ядра от способа его образования. В докладе Бор указывает на некоторые ограничения применимости предположения о независимости и всей концепции составного ядра.

Такая концепция позволяла объяснить основные эмпирические факты о взаимодействии медленных нейтронов с ядром, а также о ядерных реакциях под действием заряженных частиц и γ-квантов.

Выдвинутая Бором картина ядерных реакций оказала глубокое влияние на теоретический анализ ядерных реакций. Количественным воплощением этих идей Бора явились статистическая теория ядерных реакций и так называемая модель испарения, предложенная Я. И. Френкелем ¹ Концепции составного ядра и описанию реакций, как идущих в две стадии, не противоречит резонансная формула Брейта—Вигнера, предложенная практически одновременно с этим докладом Бора и независимо от него ². Эта формула хорошо представляет ход сечений вблизи резонансов для случая одного изолированного уровня. Обобщение этой формулы на случай произвольного числа резонансных уровней дали Бете и Плачек ³.